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神奇的玻璃转变：你知道什么是玻璃转移温度吗？
在日常生活中，我们接触到各式各样的玻璃材料，但是很少有人会去思考这些材料的科学背后。玻璃是一种与众不同的物质，具有独特的转变特性，尤其是当它从一种状态转变为另一种状态时。这种现象被称为玻璃转移，或玻璃转变，这是一个逐渐而可逆的过程，发生在无定形材料中，当温度升高时，材料会从硬而脆的「玻璃状」状态过渡到粘稠或橡胶状的状态。
玻璃的转变过程是一个充满神秘的现象，因为即使是在高达500 K的温度范围内，这种转变却不会引起材料结构的显著变化。
玻璃转移温度Tg是一种重要的参数，它用来描述这一转变的温度范围。这一温度始终低于结晶状态的熔点Tm，因为玻璃本质上是一种能量较高的状态。许多硬质塑料例如聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，其Tg值通常约为100 °C。这意味着，它们在这一温度以下会保持固体形状，而超过此温度就会变得较为柔软、灵活。
橡胶弹性体如聚异戊二烯和聚异丁烯的应用恰恰相反，这些材料在其Tg以上的状态下使用，在这种状态下，它们会显得柔软和灵活。这样的交联结构可以防止分子的自由流动，因此橡胶可以在室温下维持固定形状。
尽管玻璃在物理特性上发生了变化，但玻璃转变并不被认为是一种相变化，而是依赖于热历史的动态现象。
在许多材质中，当常规的冷冻过程被迅速冷却取代时，会避免结晶相变而直接形成玻璃状态。这样的材料具有形成玻璃的能力，即在迅速冷却下仍然能够保持无定形状态的能力。这一特性与材料的组成有关，并可透过刚性理论来预测。接下来的问题是，待在玻璃状态下的材料，其结构能否随着时间进一步放松？
玻璃在其转变范围内，结构的变化是缓慢的。即使在较低的温度下，玻璃的配置也会相对稳定，而许多材料在经过一定的加热或冷却的过程中，其结构会趋于热平衡的状态。这一过程展现出Gibbs自由能最小化的基本原则，提供了动力学的驱动力，让玻璃的结构在时间上变化。
许多研究者认为，玻璃存在着一种动力学锁定的状态，其熵和密度依赖于热历史，而这一状态不会达到热平衡。
提到玻璃转变，还有一个薛定谔悖论，即随着液体被超冷，液相与固相之间的熵差下降，并且可以推算出当熵差为零时的温度，这个温度被命名为Kauzmann温度。这引发了对于液体可能在达到该温度之前自我结晶的著想。寻求解释Kauzmann悖论的众多假说，为玻璃转变的本质提供了不同的视角。
从更近的研究中，玻璃转变温度的定义并不统一，受到不同标准的影响，结果在不同情况下可能会产生不同的数值。然而，在进行这些测量时，冷却或加热的速度会显著影响测得的Tg值。探讨室内的玻璃转变现象，让我们不禁思考，是否有更巧妙的方式能够理解这一现象的深层次原因呢？
